一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，从下至上依次设置有透明导电基片、空穴传输层、钙钛矿薄膜、界面钝化层、电子传输层和阴极；所述界面钝化层为蒸镀在钙钛矿薄膜上的碱金属卤化物或碱土金属卤化物，其厚度为1‑5nm；所述电子传输层为蒸镀在界面钝化层上的C60薄膜，C60薄膜的厚度为10‑20nm；所述阴极为蒸镀在电子传输层上的金属薄膜，金属薄膜的厚度为50‑120nm；所述钙钛矿薄膜采用甲胺铅卤或甲脒铅卤；所述透明导电基片上设置有导电薄膜。克服现有旋涂技术不能制备大面积太阳能电池器件的缺点，采用蒸镀碱金属卤化物或碱土金属卤化物的方法制备界面钝化层，减少在钙钛矿吸光层和电子传输层界面处的载流子复合，提高了太阳能电池的效率，还能够实现大面积电池的量产。

【技术实现步骤摘要】
一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
；具体涉及一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池；还涉及上述太阳能电池的制备方法。
技术介绍
近年来，有机铅卤钙钛矿材料由于能够制造低成本、高效率的太阳能电池受到极大的关注。高的太阳能电池效率得益于钙钛矿材料优异的光电特性和独特的缺陷性能，从而导致钙钛矿材料具有低的载流子复合率。在钙钛矿材料晶粒内部，载流子的扩散长度能够超过材料的光衰减长度。同时，由于钝化工艺的发展，载流子在晶界处的复合也可以得到明显的减少，可以进一步提高钙钛矿太阳能电池效率。传统上，通过在钙钛矿活性层和电子传输层中间增加界面修饰层(分子式为：R1-R-R2)的办法来钝化钙钛矿及传输层表面缺陷，防止不良分子与钙钛矿或传输层相互作用，还能辅助钙钛矿晶核更均匀地形成，提高钙钛矿薄膜质量并精准控制钙钛矿晶粒，还能提高钙钛矿活性层与传输层之间的电子或空穴传输效率，进而达到增加电池效率和稳定性的目的。但是这种方法在增加钙钛矿和传输层之间的界面导电性的同时，也增加了光生载流子在钙钛矿薄膜和传输层界面的复合，因此不能有效提高钙钛矿太阳能电池效率。为了进一步提高太阳能电池效率，考虑减少在电池器件中不同功能层界面处的载流子复合显得非常重要。在硅太阳能电池研究中，Okamoto等人使用氧化物和不定型硅作为绝缘层，插入本征硅材料和重掺杂硅材料之间，绝缘层可以有效减少载流子在界面处的复合，提高硅太阳能电池的效率。但是这种绝缘层的制备需要高温沉积，导致其不能用于钙钛矿太阳能电池器件的制备。对于钙钛矿太阳能电池，Huang等人在反型太阳能电池中使用聚苯乙烯(PS)来实现这一目的，PS薄膜可以允许光生电子从钙钛矿层隧穿到电子传输层，同时阻止光生空穴通过钙钛矿吸光层和电子传输层的界面，导致光生电子和空穴的空间分离，减少载流子在钙钛矿和电子传输层界面的复合，从而提高太阳能电池的效率。Lin等人使用同样的方法应用在正型钙钛矿电池中，在钙钛矿吸光材料和空穴传输材料中间加入PS薄膜。通过阻抗谱测试，他们发现引入PS薄膜可以有效增加复合电阻的大小，从而阻止电子和空穴在界面处的复合，提高钙钛矿电池的效率。在这些方法中，他们都是使用旋涂工艺制备PS薄膜，但是传统的旋涂工艺不利于大面积电池器件的制备，阻碍了这种方法在钙钛矿电池量产方面的应用。因此，找到一种适用于高效率大面积电池制备的方法，对于钙钛矿太阳能电池的商业化具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。克服现有旋涂技术不能制备大面积太阳能电池器件的缺点，采用碱金属卤化物或碱土金属卤化物制备界面钝化层，减少在钙钛矿吸光层和电子传输层界面处的载流子复合，提高了太阳能电池的效率，还能够实现大面积电池的量产。本专利技术的技术方案是：一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池，从下至上依次设置有透明导电基片、空穴传输层、钙钛矿薄膜、界面钝化层、电子传输层和阴极；所述界面钝化层为真空蒸镀在钙钛矿薄膜上的碱金属卤化物或碱土金属卤化物，其厚度为1-5nm；所述电子传输层为真空蒸镀在界面钝化层上的C60薄膜或PCBM薄膜，电子传输层的厚度为10-20nm；；所述阴极为真空蒸镀在电子传输层上的金属薄膜，金属薄膜的厚度为50-120nm；所述钙钛矿薄膜采用甲胺铅卤或甲脒铅卤；所述透明导电基片上设置有导电薄膜。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中所述碱金属卤化物为氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化铯、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化铷、溴化铯、碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铷或碘化铯；所述的碱土金属卤化物为氟化铍、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、氯化铍、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、溴化铍、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、碘化铍、碘化镁、碘化钙、碘化锶或碘化钡。其中金属薄膜为金薄膜、银薄膜、铜薄膜或铝薄膜。其中透明导电基片为玻璃或柔性基片；导电薄膜为无机导电聚合物或有机导电聚合物。其中柔性基片为聚酯亚胺类化合物或聚酞亚胺类化合物；所述无机导电聚合物为氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、金、铜、银或锌；所述有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺。本专利技术的另一技术方案是：一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，对透明导电基片进行清洗，透明导电基片的正面设置有导电薄膜，然后采用红外加热的方式将其烘干，得到干燥的透明导电基片；步骤S2，采用紫外臭氧处理干燥的透明导电基片5-10min，然后在透明导电基片的背面采用旋涂的方式制备得到空穴传输层；步骤S3，在空穴传输层上制备钙钛矿薄膜；具体过程是，在空穴传输层上真空蒸镀碘化铅或在真空环境下旋涂碘化铅，得到厚度为120-250nm的碘化铅薄膜；然后将浓度为40-80mg/ml的甲胺铅卤溶液或甲脒铅卤溶液旋涂在碘化铅薄膜上，经过退火处理后得到钙钛矿薄膜，退火温度为50-70℃，退火时间为1-3h；步骤S4，在钙钛矿薄膜上采用碱金属卤化物或碱土金属卤化物制备界面钝化层；界面钝化层的厚度为1-5nm；碱金属卤化物或碱土金属卤化物在钙钛矿薄膜上蒸镀的速率为步骤S5，在界面钝化层上真空蒸镀C60或其衍生物或PCBM，得到电子传输层；真空蒸镀的速率为电子传输层的厚度为10-20nm；步骤S6，在电子传输层上真空蒸镀金属薄膜，得到阴极；金属薄膜的厚度为50-120nm，金属薄膜为金薄膜、银薄膜、铜薄膜或铝薄膜；得到如上所述的高填充因子的钙钛矿太阳能电池。其中步骤S2中采用旋涂方式制备得到空穴传输层的具体过程是：将PEDOT:PSS溶液旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀、狭缝式连续涂布、喷涂或印刷在透明导电基片上；然后进行退火处理，退火温度为100-130℃，退火时间为10-20min，得到空穴传输层。当采用旋涂工艺时，透明导电基片的转速为1000-2500r/min，时间为30-60s；其中步骤S1中对透明导电基片进行清洗的过程是：乙醇清洗、丙酮超声清洗和去离子水超声清洗；导电薄膜的方块电阻为15-30Ω，导电薄膜的厚度为80-140nm。其中透明导电基片为玻璃或柔性基片；导电薄膜为无机导电聚合物或有机导电聚合物；柔性基片为聚酯亚胺类化合物或聚酞亚胺类化合物；所述无机导电聚合物为氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、金、铜、银或锌；所述有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺。其中步骤S4中在钙钛矿薄膜上采用碱金属卤化物或碱土金属卤化物制备界面钝化层的具体过程是：采用蒸镀、旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀、狭缝式连续涂布、喷涂或印刷中任意一种方式在钙钛矿薄膜上设置碱金属卤化物或碱土金属卤化物，形成界面钝化层。当采用真空蒸镀时，真空蒸镀的速率为与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池及其制备方法解决了高效率、大面积太阳能电池制备的难题，相比于传统旋涂聚苯乙烯空穴阻挡层制备平面异质结太阳能器件；本专利技术采用蒸镀、旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀、狭缝式连续涂布、喷涂或印刷中任意一种方式制备界面钝化层，采用真空蒸镀的方式制备电子传输层和金属薄膜，该方式能够进行批量制备大面积电池器件，同时，界面钝化层采用的绝缘材料碱金属卤化物或碱土金属卤化物能够提高光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，从下至上依次设置有透明导电基片(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿薄膜(3)、界面钝化层(4)、电子传输层(5)和阴极(6)；所述界面钝化层(4)为真空蒸镀在钙钛矿薄膜(3)上的碱金属卤化物或碱土金属卤化物，其厚度为1‑5nm；所述电子传输层(5)为真空蒸镀在界面钝化层(4)上的C60薄膜或PCBM薄膜，电子传输层(5)的厚度为10‑20nm；所述阴极(6)为真空蒸镀在电子传输层(5)上的金属薄膜，金属薄膜的厚度为50‑120nm；所述钙钛矿薄膜(3)采用甲胺铅卤或甲脒铅卤；所述透明导电基片(1)上设置有导电薄膜。

【技术特征摘要】
2018.07.28 CN 20181085025361.一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，从下至上依次设置有透明导电基片(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿薄膜(3)、界面钝化层(4)、电子传输层(5)和阴极(6)；所述界面钝化层(4)为真空蒸镀在钙钛矿薄膜(3)上的碱金属卤化物或碱土金属卤化物，其厚度为1-5nm；所述电子传输层(5)为真空蒸镀在界面钝化层(4)上的C60薄膜或PCBM薄膜，电子传输层(5)的厚度为10-20nm；所述阴极(6)为真空蒸镀在电子传输层(5)上的金属薄膜，金属薄膜的厚度为50-120nm；所述钙钛矿薄膜(3)采用甲胺铅卤或甲脒铅卤；所述透明导电基片(1)上设置有导电薄膜。2.根据权利要求1所述的高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碱金属卤化物为氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化铯、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化铷、溴化铯、碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铷或碘化铯；所述的碱土金属卤化物为氟化铍、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、氯化铍、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、溴化铍、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、碘化铍、碘化镁、碘化钙、碘化锶或碘化钡。3.根据权利要求1所述的高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属薄膜为金薄膜、银薄膜、铜薄膜或铝薄膜。4.根据权利要求1所述的高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基片(1)为玻璃或柔性基片；导电薄膜为无机导电聚合物或有机导电聚合物。5.根据权利要求4所述的高填充因子的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述柔性基片为聚酯亚胺类化合物或聚酞亚胺类化合物；所述无机导电聚合物为氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、金、铜、银或锌；所述有机导电聚合物为聚噻吩、聚乙烯苯磺酸钠或聚苯胺。6.一种高填充因子的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，对透明导电基片进行清洗，透明导电基片的正面设置有导电薄膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴朝新，牛永，雷霆，徐洁，董化，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61